张发光　王国基　蒋海军　康维岚

摘要：岩心外表面图像在石油、地质等部门被广泛用于综合柱状图分析。但是观看岩心外表面图像并不直观，因此需要对其进行三维重建[1]。传统单机版岩心三维重建系统，使用及升级极为不便，同时通过滚动扫描技术采集的岩心外表面图像常常伴有黑边，使岩心三维重建后不够逼真。因此该文提出了一种基于Asp.net框架，结合GDI+，WebService以及Activex控件技术的在线岩心三维重建技术，实现了岩心在线三维重建和旋转。该文还设计了一种岩心外表面图像自动去除黑边的算法，将其应用于三维重建中，使重建后的柱状图像更加逼近岩心实物。

关键词：岩心；去除黑边；三维重建

中国分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）30-7186-04

来自钻井采集的岩心是油气缝隙的重要数据来源，是石油天然气勘探开发研究的基础，所以存储和管理岩心信息至关重要。在实际生产应用过程中，岩心扫描和岩心分析通常不在同一个场所进行，故不在相同的局域网段，那么基于web岩心图像信息的查询、浏览、分析和处理就显得十分必要。为此，该文提出了一种基于Asp.net框架，结合GDI+、WebService以及Activex控件技术的Web岩心三维重建技术，实现了基于Web的岩心三维重建和旋转，方便科研人员通过Web浏览器直接观察分析样本，免去了研究室和现场的来回奔波，实现岩心图像信息整合和资源共享。

基于Web的岩心三维重建工作可以采用GDI+绘图或者三维纹理贴图技术实现。后者速度慢、图像容易失真，难以实现基于Web的实时三维重建。而前者是微软.net framework类库，构建windows forms和web图像应用程序相对容易实现。因此本文采用GDI+绘图技术进行岩心外表面三维重建系统的开发，并将三维重建以及相关的图像处理算法封装成ActiveX控件嵌入web页面。

目前，国内在岩心外表面图像在线三维重建技术的研究还很少，已有的文献中几乎没有涉及到岩心外表面图像自动去除黑边，为此，该文通过研究岩心外表面图像黑边去除，提出了一种自动去除黑边的算法，并将其应用于三维重建中，使重建后的柱状图像更加逼近岩心实物。

1 岩心外表面图像自动去除黑边

通过滚动扫描技术采集到的岩心外表面图像由于受到光照、仪器自身的限制常常带有黑边。在这里，黑边是指除岩心外表面之外的图像部分，去除黑边即用黑色填充这部分图像。岩心外表面图像若不去除黑边，三维重建后的柱状图像不够逼真，影响视觉效果。目前，国内相关岩心外表面三维重建的文献都未涉及图像去除黑边的研究，因而本文提出了一种自动去除黑边的算法，实现了自动去除岩心外表面图像上的黑边。在岩心外表面三维重建之前，通过本文算法先去除黑边，之后再进行三维重建，使得重建后的柱状图像更加逼近岩心实物。

本文首先利用图像差分和二值化算法对岩心外表面图像进行处理，如图1所示。而后通过垂直积分计算黑边与岩心图像接触点最小横坐标leftx、rightx，通过在图中leftx至width/4以及3*width/4至rightx区域内水平扫描计算出岩心外表面图像的边缘，最后对边缘进行拟合处理。通过图像边缘横坐坐标，我们将原始的岩心外表面之外的图像部分填充为黑色。

2 基于Web的岩心三维重建

基于Web的岩心三维重建工作是根据数字图像处理技术和人眼视觉特点，对岩心图像进行图像处理，动态复原岩心图像。岩心在线三维旋转是通过不断重建三维图像来实现的。若采用传统的asp.net等web开发技术难以实现实时交互，无法满足用户交互的需求。而Activex控件具有很好的实时交互能力，能够很好的解决这一问题。因此本文将三维重建以及相关的图像处理算法封装成ActiveX控件并嵌入web页面，实现基于浏览器的岩心三维重建和旋转。

基于Web的岩心图像三维重建主要包含三部分内容：1）岩心外表面图像数据的获取。2）岩心外表面图像形状复原。3）亮度立体化处理。

2.1 岩心外表面图像数据的获取

岩心外表面图像数据的获取包括服务器的数据的发布和客户端图像数据的还原。在服务器的通过WebService实现岩心外表面图像数据发布，查询结果以http二进制流的形式返回，返回结果由客户端的Activex控件解析生成岩心外表面图像数据呈现给用户。

2.2 岩心图像外表面复原

岩心图像和三维重建正面投影图像如图2，A为起始扫描点，B为图像中点，岩心图像宽度为Width，即复原图像的周长，直接为D：

[D=Width/π] （1）

所谓图像复原就是不管像素起始点在哪里，始终展现Width/2宽度的图像，通过图像抽取，映射到高度不变，直径为D（2r，r为岩心半径）的投影柱面图像上。

实物岩心的切面是如图3所示的圆，A点对应于岩心图像的第A列像素，点S对应于岩心图像的另一列像素，改点在投影面上的投影点记为[S']（在此假设为第i列投影像素），圆心与A点、S点组成的夹角为a。通过角度与弧度的对应关系可以求出夹角a的弧度值，建立投影像素模型[Array3D[i]] [（i∈[0，2r]）]：

[cosα=（r-i）/r?α=cos-1（r-i）/i] （2）

[Array3D[i]=αr（i∈[0，2r]）] （3）

按照这种映射关系，图3所示AB之间的图像像素通过图像抽取投影，映射到AB投影柱面上，实现了岩心复原。为了实现任意角度的岩心图像复原，我们需要给映射像素模型[Array3D[i]]施加一个偏移量W：

[Array3D[i]=αr+W（i∈[0，2r]）] （4）

其中W为起始像素A的右向偏移量，以[A']为基准选取宽度为Width/2的像素列进行图像复原。如果W不大于Width/2，那么[Array3D[i]]的投影区域在岩心图像的内部，可以进行图像三维复原；如果W超过Width/2，那么[Array3D[i]]的投影区域将会部分超出岩心图像的宽度，超出区域图像可以有岩心图像左侧图像进行拼接补充。投影像素模型可以通过偏移量W的调整来实现岩心图像从任意角度去复原三维图像。endprint

2.3 亮度视觉立体化处理

亮度视觉立体化的模型是以映射像素列i[（i∈[0，2r]）]为参考，周期为4r的亮度数组模型[BrightArray[i]][（i∈[0，2r]）]，并以此作为对应投影像素列[Array3D[i]]的亮度视觉立体化的修正参数：

[BrightArray[i]=sinπi2r] （5）

投影像素列[Array3D[i]]的光强I与相应的亮度视觉立体化修正参数[BrightArray[i]]之积作为立体化修正后的光强

[I'=13（R+G+B）*BrightArry[i]] （6）

3 岩心外表面三维重建的应用

图4为岩心岩屑信息管理系统中的电子相册，其中岩心外表面图像以缩略图方式展示，通过图上链接进入图5三维重建系统。通过上面的菜单我们可以对岩心图像实现缩放，调整图像的方向，岩心图像三维重建及还原等功能。对应三维重建的图像如图6，我们可以进行手动或自动旋转观察。对应岩心外表面图像，我们可以通过鼠标划线测量图像上任意两点之间的距离、角度等参数。

参考文献：

[1] 庄双勇，何小海，李佳佳，张立海.岩心外表面图像在线三维重建[J].成都信息工程学院学报，2012（6） ：806.

[2] Yang Huiping，Liu Jianguo，Chen Hanxun. Journal of Wuhan University of Technology[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2001（5）.

[3] ZHAO Gui-ju，WANG Yan-chun，CUI Qi-shan，CUI Shu-hong. THE CONSTRUCTION AND APPLICATION OF DATA WAREHOUSE FOR OIL EXPLORATION AND DEVELOPMENT[J].Geophysical and Geochemical Exploration，2010（1）.

[4] 石油信息和计算机应用专业标准化委员会.石油工业应用软件工程规范项目开发规划编写规定[Z].1999.

[5] Drafting regulations of development planning of petroleum industry application software engineering project[S].National Petroleum information and computer application Standardization Committee，1999.

[6] Min Rui，Xu Hongduan，Wu Chengming. Application of GDI+ to Switches for ActiveX Control Components[J].Journal of University of Hydraulic and Electric Engineering，2005（3）.

[7] 林锐，戴玉宏.图形用户界面设计与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

[8] Lin rui，Dai yuhong.Graphical user interface design and technology[M].Xidian University Publishing House，1997.

[9] 徐宝文，周毓明，卢红敏.UML与软件建模[M].北京：清华大学出版社，2006.

[10] Xu Baowen，Zhou Yuming，Lu Hongmin.UML and software modeling[M].Tsinghua University Press，2006.endprint

2.3 亮度视觉立体化处理

亮度视觉立体化的模型是以映射像素列i[（i∈[0，2r]）]为参考，周期为4r的亮度数组模型[BrightArray[i]][（i∈[0，2r]）]，并以此作为对应投影像素列[Array3D[i]]的亮度视觉立体化的修正参数：

[BrightArray[i]=sinπi2r] （5）

投影像素列[Array3D[i]]的光强I与相应的亮度视觉立体化修正参数[BrightArray[i]]之积作为立体化修正后的光强

[I'=13（R+G+B）*BrightArry[i]] （6）

3 岩心外表面三维重建的应用

图4为岩心岩屑信息管理系统中的电子相册，其中岩心外表面图像以缩略图方式展示，通过图上链接进入图5三维重建系统。通过上面的菜单我们可以对岩心图像实现缩放，调整图像的方向，岩心图像三维重建及还原等功能。对应三维重建的图像如图6，我们可以进行手动或自动旋转观察。对应岩心外表面图像，我们可以通过鼠标划线测量图像上任意两点之间的距离、角度等参数。

参考文献：

[1] 庄双勇，何小海，李佳佳，张立海.岩心外表面图像在线三维重建[J].成都信息工程学院学报，2012（6） ：806.

[2] Yang Huiping，Liu Jianguo，Chen Hanxun. Journal of Wuhan University of Technology[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2001（5）.

[3] ZHAO Gui-ju，WANG Yan-chun，CUI Qi-shan，CUI Shu-hong. THE CONSTRUCTION AND APPLICATION OF DATA WAREHOUSE FOR OIL EXPLORATION AND DEVELOPMENT[J].Geophysical and Geochemical Exploration，2010（1）.

[4] 石油信息和计算机应用专业标准化委员会.石油工业应用软件工程规范项目开发规划编写规定[Z].1999.

[5] Drafting regulations of development planning of petroleum industry application software engineering project[S].National Petroleum information and computer application Standardization Committee，1999.

[6] Min Rui，Xu Hongduan，Wu Chengming. Application of GDI+ to Switches for ActiveX Control Components[J].Journal of University of Hydraulic and Electric Engineering，2005（3）.

[7] 林锐，戴玉宏.图形用户界面设计与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

[8] Lin rui，Dai yuhong.Graphical user interface design and technology[M].Xidian University Publishing House，1997.

[9] 徐宝文，周毓明，卢红敏.UML与软件建模[M].北京：清华大学出版社，2006.

[10] Xu Baowen，Zhou Yuming，Lu Hongmin.UML and software modeling[M].Tsinghua University Press，2006.endprint

2.3 亮度视觉立体化处理

亮度视觉立体化的模型是以映射像素列i[（i∈[0，2r]）]为参考，周期为4r的亮度数组模型[BrightArray[i]][（i∈[0，2r]）]，并以此作为对应投影像素列[Array3D[i]]的亮度视觉立体化的修正参数：

[BrightArray[i]=sinπi2r] （5）

投影像素列[Array3D[i]]的光强I与相应的亮度视觉立体化修正参数[BrightArray[i]]之积作为立体化修正后的光强

[I'=13（R+G+B）*BrightArry[i]] （6）

3 岩心外表面三维重建的应用

图4为岩心岩屑信息管理系统中的电子相册，其中岩心外表面图像以缩略图方式展示，通过图上链接进入图5三维重建系统。通过上面的菜单我们可以对岩心图像实现缩放，调整图像的方向，岩心图像三维重建及还原等功能。对应三维重建的图像如图6，我们可以进行手动或自动旋转观察。对应岩心外表面图像，我们可以通过鼠标划线测量图像上任意两点之间的距离、角度等参数。

参考文献：

[1] 庄双勇，何小海，李佳佳，张立海.岩心外表面图像在线三维重建[J].成都信息工程学院学报，2012（6） ：806.

[2] Yang Huiping，Liu Jianguo，Chen Hanxun. Journal of Wuhan University of Technology[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2001（5）.

[3] ZHAO Gui-ju，WANG Yan-chun，CUI Qi-shan，CUI Shu-hong. THE CONSTRUCTION AND APPLICATION OF DATA WAREHOUSE FOR OIL EXPLORATION AND DEVELOPMENT[J].Geophysical and Geochemical Exploration，2010（1）.

[4] 石油信息和计算机应用专业标准化委员会.石油工业应用软件工程规范项目开发规划编写规定[Z].1999.

[5] Drafting regulations of development planning of petroleum industry application software engineering project[S].National Petroleum information and computer application Standardization Committee，1999.

[6] Min Rui，Xu Hongduan，Wu Chengming. Application of GDI+ to Switches for ActiveX Control Components[J].Journal of University of Hydraulic and Electric Engineering，2005（3）.

[7] 林锐，戴玉宏.图形用户界面设计与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

[8] Lin rui，Dai yuhong.Graphical user interface design and technology[M].Xidian University Publishing House，1997.

[9] 徐宝文，周毓明，卢红敏.UML与软件建模[M].北京：清华大学出版社，2006.

[10] Xu Baowen，Zhou Yuming，Lu Hongmin.UML and software modeling[M].Tsinghua University Press，2006.endprint